CN108253726A - 一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法，包括冷媒储液罐、循环泵、过冷蒸发器、节流元件、液位检测装置、温度检测装置、电控单元、出水总管、进水总管、冷媒进液管和冷媒出口管，冷媒储液罐的输出端通过管路与循环泵的输入端密封连接，循环泵的输出端通过管路与节流元件输入端密封连接。本发明提出的制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法通过液位检测装置、温度检测装置、电控单元、循环泵以及冷媒储液罐灯配套装置，确保了过冷蒸发器中换热冷媒始终处于稳定状态，保证了冷水的稳定制备以及后续制冰过程中的连续运行，大大改善了过冷水动态制冰冷系统的热换效率和运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及冷水冰浆制备技术领域，特别涉及一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法。
背景技术
一般来说，工商业上的制冰方式可以分为两类：直接换热式制冰和间接换热式制冰。直接换热式制冰是水与冷媒直接进行热交换，它换热效率很高，传热能力很大，但由于生成腐蚀性气体等，影响冷媒纯度，影响制冷系统运行，已基本上被淘汰。
间接换热式制冰是水与冷媒或载冷剂间接进行热交换，它又包括静态制冰、动态制冰两种：
1、静态制冰：即在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰本身处于相对静止状态，在静态制冰过程中，随着制冰量的增加，水与冷源之间的热阻逐渐增大，制冰率因而减小，能量损失增加。典型的应用是冰球制冰和盘管外制冰。尽管静态制冰系统简单，运行稳定，易于实现，但是它存在冰的静态形成过程换热效率低，融冰过程负荷跟随性差,系统复杂，成本高投资大，尤其不能实现超大规模低成本高效蓄冰。
2、动态制冰：制冰过程中一般伴随有冰晶、冰浆生成，且冰晶、冰浆处于运动状态。由于不产生不断长厚的冰层，因而水与冷源之间热阻并不随制冰过程的进行而改变，制冰过程中一直保持较高的热交换效率，制冷机可以在较佳工况下运行。动态制冰的系统中，目前比较先进的方法是通过对过冷水激发而产生冰晶、冰浆。
过冷水是指纯净水温度下降到0℃以下一个阶段内，不会马上结冰的水，这是一种亚稳定的状态，当“过冷水”超过一定的临界温度或者通过超声波等方式进行激发时，就会解除过冷状态，产生冰晶，最后生成冰水混合物或冰浆，这个过程一般在促晶器容器中实现。
过冷水式动态冰浆制取技术被广泛应用于中央空调蓄冷、工艺冷却、交通运输、农产品和渔业保鲜等领域，具有十分广阔的市场前景。
由于过冷水是一种亚稳定的状态，因此有时候过冷水还没有流经后端的促晶器，就已经在过冷换热器里面被激发而结冰，从而造成换热器堵塞、制冰系统停机和重启，严重影响运行效率。
过冷水在换热器当中结冰而堵塞的现象，经常出现在冷媒与清水直接换热的过冷水制冰系统中。由于冷媒的沸腾相变换热系数很大，很容易在换热器中产生局部低温，使另外一侧的过冷水低于临界温度而结出冰晶，最终造成堵塞和系统停机。
因此，为了确保系统运行的稳定性，目前的过冷水动态制冰系统，往往使用载冷剂进行二次换热：首先冷媒与载冷剂在“一次板式换热器”进行换热，降温后的载冷剂再进入“二次板式换热器”与清水进行换热，把清水降温冷却到过冷状态。由于载冷剂在换热过程中始终处于液体状况，没有发生相变，因此不会产生由于局部低温而造成冰晶堵塞的现象，系统运行相对比较稳定。
但是，采用载冷剂的方式也有很多不足之处：由于经过了二次换热，使得过冷水制冰系统整体的效率比较低，运行成本较高；另外，需要额外增加载冷剂循环系统，也提高了制冰设备的初投资。
发明内容
为这解决现有过冷水制冰系统存在的问题，本发明的目的在于提供一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法，以实现高效、稳定的制取过冷水冰浆，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，包括冷媒储液罐、循环泵、过冷蒸发器、节流元件、液位检测装置、温度检测装置、电控单元、出水总管、进水总管、冷媒进液管和冷媒出口管，冷媒储液罐的输出端通过管路与循环泵的输入端密封连接，循环泵的输出端通过管路与节流元件输入端密封连接，节流元件的输出端通过冷媒进液管与过冷蒸发器的输入端密封连接，冷媒储液罐的上端通过冷媒出口管与过冷蒸发器的出口端密封连接，温度检测装置的数量为两个，两个温度检测装置分别安装在冷媒进液管以及冷媒出口管与过冷蒸发器的连接端；所述进水总管与过冷蒸发器的右侧上端紧固密封连接，出水总管与过冷蒸发器的右侧下端紧固密封连接；所述液位检测装置固定安装在过冷蒸发器的左侧，液位检测装置的底端与过冷蒸发器的左侧底端导通连接；所述两个温度检测装置、液位检测装置和循环泵与电控单元电连接。
优选的：冷媒储液罐的上端设置有回气管和压缩机，回气管的一端与冷媒储液罐的左侧上端紧固密封连接，回气管的另一端与压缩机的输入端紧固密封连接。
优选的：循环泵采用变频式。
一种制备过冷水冰浆的方法，包括如下步骤：
S1：打开液位检测装置、温度检测装置、循环泵以及电控单元，液位检测装置、温度检测装置分别将检测到的过冷蒸发器冷媒液位和冷媒进出口的温度参数传输给电控单元进行智能测算，对过冷蒸发器中的冷媒状态进行判断；
S2：电控单元对循环泵发出运行指令，调节循环泵的冷媒输出流量，使过冷蒸发器中与冷水进行热交换的冷媒始终处于液体状态，经热交换的冷媒经过冷媒出口管流出过冷蒸发器，回到冷媒储液罐；
S3：打开压缩机，压缩机通过回气管将冷媒储液罐内低压低温的冷媒气体吸入，完成制冷循环；
S4：打开进水总管和出水总管，冷水通过进水总管流入过冷蒸发器，冷水在过冷蒸发器内与另一侧的冷媒进行热交换，被逐步降温后变成过冷水，经由出水总管流出过冷蒸发器，最后输送到其他容器中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法通过液位检测装置和温度检测装置检测过冷蒸发器内部状态并将信号传输给电控单元进行智能测算，电控单元对循环泵发出运行指令，通过循环泵实现变容量输出，确保了过冷蒸发器中换热冷媒始终处于稳定状态，保证了冷水的稳定制备以及后续制冰过程中的连续运行，而冷媒与冷水在过冷蒸发器中直接进行热交换，有效的提高了制冰系统的运行效率，同时通过电控单元动态调节循环泵的冷媒输出流量，确保冷媒流量始终处于合理状态，使过冷蒸发器中的冷媒热换效率达到最佳；通过该制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，大大改善了过冷水动态制冰冷系统的热换效率和运行稳定性，在减少设备初投资的同时，提升了制冰系统的运行效率，增强了制冰系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，包括冷媒储液罐1、循环泵2、过冷蒸发器3、节流元件4、液位检测装置5、温度检测装置6、电控单元7、出水总管8、进水总管9、冷媒进液管10和冷媒出口管11，循环泵2采用变频式，冷媒储液罐1的输出端通过管路与循环泵2的输入端密封连接，循环泵2的输出端通过管路与节流元件4输入端密封连接，节流元件4的输出端通过冷媒进液管10与过冷蒸发器3的输入端密封连接，冷媒储液罐1的上端通过冷媒出口管11与过冷蒸发器3的出口端密封连接，温度检测装置6的数量为两个，两个温度检测装置6分别安装在冷媒进液管10以及冷媒出口管11与过冷蒸发器3的连接端；进水总管9与过冷蒸发器3的右侧上端紧固密封连接，出水总管8与过冷蒸发器3的右侧下端紧固密封连接；液位检测装置5固定安装在过冷蒸发器3的左侧，液位检测装置5的底端与过冷蒸发器3的左侧底端导通连接；两个温度检测装置6、液位检测装置5和循环泵2与电控单元7电连接；冷媒储液罐1的上端设置有回气管12和压缩机13，回气管12的一端与冷媒储液罐1的左侧上端紧固密封连接，回气管12的另一端与压缩机13的输入端紧固密封连接。
一种如权利要求1一种制备过冷水冰浆的方法，包括如下步骤：
第一步：打开液位检测装置5、温度检测装置6、循环泵2以及电控单元7，液位检测装置5、温度检测装置6分别将检测到的过冷蒸发器3冷媒液位和冷媒进出口的温度参数传输给电控单元7进行智能测算，对过冷蒸发器3中的冷媒状态进行判断；
第二步：电控单元7对循环泵2发出运行指令，调节循环泵2的冷媒输出流量，使过冷蒸发器3中与冷水进行热交换的冷媒始终处于液体状态，经热交换的冷媒经过冷媒出口管11流出过冷蒸发器3，回到冷媒储液罐1；
第三步：打开压缩机13，压缩机13通过回气管12将冷媒储液罐1内低压低温的冷媒气体吸入，完成制冷循环；
第四步：打开进水总管9和出水总管8，冷水通过进水总管9流入过冷蒸发器3，冷水在过冷蒸发器3内与另一侧的冷媒进行热交换，被逐步降温后变成过冷水，经由出水总管8流出过冷蒸发器3，最后输送到其他容器中，通过超声波激发等方式产生冰晶和冰浆。
该制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统通过在过冷蒸发器3旁配套安装液位检测装置5以及在冷蒸发器3进出口端安装温度检测装置6，温度检测装置6的探头将将测到的温度信号传输给电控单元7，液位检测装置5将液位信号传输给电控单元7，并安装冷媒储液罐1、循环泵2等配套装置，电控单元7将所得信号进行智能测算，电控单元7对循环泵2发出运行指令，通过循环泵2实现变容量输出，确保了过冷蒸发器3中换热冷媒始终处于稳定状态，避免了冷媒沸腾相变传热导致局部低温，从而产生过冷水在过冷蒸发器3中结冰堵塞的现象，保证了冷水的稳定制备，以及后续制冰过程中的连续运行，而冷媒与冷水在过冷蒸发器3中直接进行热交换，不适用乙二醇等载冷剂，避免了二次换热的低效率弊端，有效的提高了制冰系统的运行效率，同时，电控单元7通过冷媒液位及冷媒进出口端温度等参数，对过冷蒸发器3中的冷媒流量进行智能测算，通过动态调节循环泵2的冷媒输出流量，确保冷媒流量始终处于合理状态，使过冷蒸发器3中的冷媒热换效率达到最佳；通过该制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，大大改善了过冷水动态制冰冷系统的热换效率和运行稳定性，在减少设备初投资的同时，提升了制冰系统的运行效率，增强了制冰系统运行的可靠性。
综上所述，本发明提出的制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统及方法通过液位检测装置5和温度检测装置6检测过冷蒸发器3内部状态并将信号传输给电控单元7进行智能测算，电控单元7对循环泵2发出运行指令，通过循环泵2实现变容量输出，确保了过冷蒸发器3中换热冷媒始终处于稳定状态，避免了冷媒沸腾相变传热导致局部低温，避免过冷水在过冷蒸发器3中结冰堵塞，保证了冷水的稳定制备，以及后续制冰过程中的连续运行，而冷媒与冷水在过冷蒸发器3中直接进行热交换，不适用乙二醇等载冷剂，避免了二次换热的低效率弊端，有效的提高了制冰系统的运行效率，同时通过电控单元7动态调节循环泵2的冷媒输出流量，确保冷媒流量始终处于合理状态，使过冷蒸发器3中的冷媒热换效率达到最佳；通过该制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，大大改善了过冷水动态制冰冷系统的热换效率和运行稳定性，在减少设备初投资的同时，提升了制冰系统的运行效率，增强了制冰系统运行的可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，其特征在于，包括冷媒储液罐(1)、循环泵(2)、过冷蒸发器(3)、节流元件(4)、液位检测装置(5)、温度检测装置(6)、电控单元(7)、出水总管(8)、进水总管(9)、冷媒进液管(10)和冷媒出口管(11)，冷媒储液罐(1)的输出端通过管路与循环泵(2)的输入端密封连接，循环泵(2)的输出端通过管路与节流元件(4)输入端密封连接，节流元件(4)的输出端通过冷媒进液管(10)与过冷蒸发器(3)的输入端密封连接，冷媒储液罐(1)的上端通过冷媒出口管(11)与过冷蒸发器(3)的出口端密封连接，温度检测装置(6)的数量为两个，两个温度检测装置(6)分别安装在冷媒进液管(10)以及冷媒出口管(11)与过冷蒸发器(3)的连接端；所述进水总管(9)与过冷蒸发器(3)的右侧上端紧固密封连接，出水总管(8)与过冷蒸发器(3)的右侧下端紧固密封连接；所述液位检测装置(5)固定安装在过冷蒸发器(3)的左侧，液位检测装置(5)的底端与过冷蒸发器(3)的左侧底端导通连接；所述两个温度检测装置(6)、液位检测装置(5)和循环泵(2)与电控单元(7)电连接。
2.如权利要求1所述的一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，其特征在于：所述冷媒储液罐(1)的上端设置有回气管(12)和压缩机(13)，回气管(12)的一端与冷媒储液罐(1)的左侧上端紧固密封连接，回气管(12)的另一端与压缩机(13)的输入端紧固密封连接。
3.如权利要求1所述的一种制备过冷水冰浆的满液式蒸发系统，其特征在于：所述循环泵(2)采用变频式。
4.一种如权利要求1所述制备过冷水冰浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：打开液位检测装置(5)、温度检测装置(6)、循环泵(2)以及电控单元(7)，液位检测装置(5)、温度检测装置(6)分别将检测到的过冷蒸发器(3)冷媒液位和冷媒进出口的温度参数传输给电控单元(7)进行智能测算，对过冷蒸发器(3)中的冷媒状态进行判断；
S2：电控单元(7)对循环泵(2)发出运行指令，调节循环泵(2)的冷媒输出流量，使过冷蒸发器(3)中与冷水进行热交换的冷媒始终处于液体状态，经热交换的冷媒经过冷媒出口管(11)流出过冷蒸发器(3)，回到冷媒储液罐(1)；
S3：打开压缩机(13)，压缩机(13)通过回气管(12)将冷媒储液罐(1)内低压低温的冷媒气体吸入，完成制冷循环；
S4：打开进水总管(9)和出水总管(8)，冷水通过进水总管(9)流入过冷蒸发器(3)，冷水在过冷蒸发器(3)内与另一侧的冷媒进行热交换，被逐步降温后变成过冷水，经由出水总管(8)流出过冷蒸发器(3)，最后输送到其他容器中。
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